1.5. Определение параметров системы управления с подчиненным регулированием координат

Система управления тиристорным электроприводом постоянного тока при регулировании скорости двигателя обычно выполняется двухконтурной: с внутренним контуром регулирования тока и внешним контуром регулирования скорости.

Таблица 1.4

Технические характеристики реакторов серии ФРОС на силу тока 250-1000 А

Тип реактора	Номинальная сила тока, А	Индуктивность, мГн	Потери в обмотке ректора, Вт	Масса, кг
ФРОС – 65/0,5 ФРОС – 65/0,5 ФРОС – 125/0,5 ФРОС – 250/0,5 ФРОС – 250/0,5 ФРОС – 250/0,5 ФРОС – 250/0,5 ФРОС – 500/0,5 ФРОС – 1000/0,5 ФРОС – 1000/0,5	250 320 500 250 320 800 1000 500 800 1000	1,5 1,0 0,75 6,5 4,2 0,6 0,35 3,25 2,3 1,6	110 120 150 490 480 420 510 900 1650 2650	200 200 260 450 465 430 430 710 1220 1220

Таблица 1.5

Технические характеристики реакторов серии ФРОС на силу тока 800-10000 А

Тип реактора	Параллельное соединение обмоток		Последовательное соединение обмоток		Потери в обмотке реактора, Вт
	Номинальная сила тока, А	Индуктивность, мГн	Номинальная сила тока, А	Индуктивность, мГн
ФРОС – 8004У	1600 2500	0,50 0,20	800 1250	2,00 0,80	1500 1550
ФРОС – 12504У	2500 4000	0,32 0,12	1250 2000	1,28 0,48	2500 2550
ФРОС – 20004У	4000 6300	0,20 0,08	2000 3150	0,80 0,32	3300 3500
ФРОС – 32004У	6300	0,125	3150	0,50	4800
ФРОС – 40004У	8000	0,10	4000	0,40	5000
ФРОС – 50004У	10000	0,08	5000	0,32	6000

Регулятор тока РТ является пропорционально-интегральным (ПИ) и реализуется на основе операционного усилителя (см. рис. 1.3, а). Его выходное напряжение определяется выражением

(1.25)

Так как компенсируемой постоянной времени в контуре регулирования тока является электромагнитная постоянная времени якорной цени [3], то при и передаточная функция регулятора тока по цепи напряжения задания

(1.26)

а по цепи обратной связи

(1.27)

где – коэффициент усиления регулятора тока, зависящий от соотношения входных сопротивлений по цепям задания и обратной связи.

Структурная схема электропривода с контуром регулирования тока при отрицательной обратной связи по току , с коэффициентом (см. рис. 1.2, б) в этом случае содержит внутреннюю обратную связь по скорости. Без учета этой обратной, связи передаточная функция замкнутого контура тока

(1.28)

где – передаточный коэффициент контура тока по управляющему воздействию;

– постоянная времени замкнутого контура регулирования тока.

Передаточный коэффициент замкнутого контура регулирования тока обычно принимают из условия получения необходимого максимального (пускового или тормозного) тока якоря при максимальном сигнале задающего напряжения, т.е.

А) Б)

Рис. 1.3. Схемы регуляторов тока и скорости.

Рис. 1.5. Электромеханические характеристика электропривода системы УВ–Д.

Если коэффициент усиления регулятора тока К = 1, т.е. , то необходимое значение может быть получено только при определенной величине коэффициента обратной связи по току

(1.30)

Отрицательная обратная связь по току якоря при использовании элементов УБСР-АИ обычно осуществляется с применением ячейки гальванической развязки РГ-5АИ в качестве датчика тока ДТ, усиливающего сигнал, пропорциональный току якоря и снимаемый с измерительного токового шунта RS в якорной цепи (см. рис.1.4). В этом случае

(1.31)

где – коэффициент передачи шунта;

, – номинальные падение напряжения и ток шунта;

– коэффициент усиления датчика тока (в системе УБСР-АИ ).

Если необходимое по (1.30) значение при максимальном коэффициенте усиления датчика тока не обеспечивается, то можно задаться возможной величиной по (1.31) и найти требуемый коэффициент усиления регулятора тока

(1.32)

При настройке контура тока по условиям «технического» оптимума [1, 2, 3] принимают величину его постоянной времени Т_т, равной удвоенному значению малой, некомпенсируемой постоянной времени Т_п разомкнутого контура, т.е. . Тогда постоянная времени регулятора тока должна быть равна

(1.33)

Обеспечение необходимых значений К, , и , регулятора тока осуществляется выбором величин пассивных элементов в цепях входа и обратной связи усилителя с соблюдением условий соответствия (1.25), (1.26) и (1.27):

; ; (1.34)

Обычно задаются значением емкости и определяют величины и согласно (1.34):

; (1.35)

Контур регулирования скорости обычно выполняют с применением пропорционального (П) регулятора (см. рис. 1.3, б). Его выходное напряжение U_рс определяется выражением

(1.36)

При этом передаточная функция регулятора скорости PC по цепи задания,

(1.37)

а по цепи обратной связи

(1.38)

где К'=R_1c /R_2c ; К_рс=R_оc /R_2c .

Структурная схема электропривода (см. рис.1.2, б) в этом случае содержит в качестве внутреннего контур регулирования тока КРТ, для которого выходное напряжение регулятора PC является задающим, т.е. U_pс = U_зт.

Синтез контура скорости осуществляют при допущении, что передаточная функция оптимизированного внутреннего контура тока (1.28) может быть приближенно представлена в виде

(1.39)

В этом случае передаточная функция замкнутого контура регулирования скорости по управляющему воздействию

(1.40)

где К_ω=К'/К_ос - передаточный коэффициент;

Т_ω=T_м/K_mK_cK_рсK_ос - постоянная времени замкнутого контура регулирования скорости.

Передаточный коэффициент К_ω устанавливают из условия получения необходимой максимальной скорости привода ω_м при максимальном сигнале задания скорости U_зсм ,т.e.

(1.41)

Оптимальная обратная связь по скорости обычно осуществляется (рис. 1.4) с помощью тахогенератора BR, на выходе которого устанавливают делитель напряжения ДН, обеспечивающий при наибольшей скорости ω_м двигателя напряжение обратной связи U_осм на входе регулятора скорости, равное или несколько меньшее предельно допустимого входного напряжения. При этом коэффициент обратной связи по скорости

(1.42)

где - коэффициент э.д.с. тахогенератора;

- коэффициент передачи делителя напряжения.

При известном значении К_ос коэффициент усиления PC по задающему входу

(1.43)

Настройка контура скорости, как правило, выполняется из условия обеспечения «технического» оптимума. При этом постоянную времени контура скорости Т_ω принимают равной удвоенному значению постоянной времени контура тока, т.е. Т_ω =2Т_т. Это соотношение обеспечивается при определенной величине коэффициента усиления регулятора скорости

(1.44)

Обеспечение необходимых значений К' и К_рс осуществляется выбором резисторов регулятора скорости из условия:

(1.45)

Выходное напряжение PC является напряжением задания РТ. Поэтому максимальная величина U_рсм не должна превышать максимального напряжения задания тока, т.е. U_рсм=U_зтм. Это обеспечивается применением дополнительной нелинейной обратной связи по входному напряжению регулятора скорости, осуществляемой с помощью стабилитронов VD1, VD2 (см. рис. 1.4) или узла регулируемого ограничения выходного напряжения [1].

Рис. 1.4. Принципиальная схема электропривода системы УВ–Д.

Передаточная функция оптимизированного контура регулирования скорости по возмущающему воздействию при допущении (1.39)

Поэтому в установившемся режиме перепад скорости двигателя при наличии статической нагрузки

(1.46)

Перепад скорости двигателя при разомкнутой системе управления электроприводом, как известно [3], равен

Следовательно, при применении П-регулятора скорости не обеспечивается астатизм регулирования скорости. Жесткость статической механической характеристики при замкнутой системе регулирования может оказаться меньше, чем при разомкнутой системе, если Т_ω=2Т_т=4Т_п>Т_м. Поэтому для механизмов, требующих стабилизации скорости привода с высокой точностью, применяют двукратно интегрирующие системы [2] или системы управления с подчиненным регулированием переменных и последовательно-параллельной (смешанной) коррекцией.